專利名稱：超聲波與毫米波聯(lián)合測量的無盲區(qū)汽車防撞雷達(dá)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及毫米波汽車防撞雷達(dá)裝置，尤其是涉及一種超聲波與毫米波聯(lián)合測量 的無盲區(qū)汽車防撞雷達(dá)裝置。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車安全性能受到廠商和消費(fèi)者越來越多的重視。關(guān)系 汽車安全性能的一個(gè)重要技術(shù)是汽車前向防撞雷達(dá)技術(shù)。作為一種主流的汽車前向防撞 裝置，毫米波汽車防撞雷達(dá)具有帶寬大、分辨率高、天線部件尺寸小、能適應(yīng)惡劣環(huán)境，重量 輕、體積小以及全天候等特點(diǎn)，同時(shí)不僅可以測量目標(biāo)的距離，還可以測量目標(biāo)的相對(duì)速 度，具有較好的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。但是，毫米汽車防撞波雷達(dá)也存在自身的不足之處，最顯著的不足之處在于，雷達(dá) 在目標(biāo)距離很近時(shí)候存在一個(gè)盲區(qū)，其原因在于當(dāng)使用線性調(diào)頻連續(xù)波的體制時(shí)，很近的 目標(biāo)距離引起的很小的頻率偏移無法被檢測；當(dāng)使用脈沖調(diào)制體制時(shí)，很近的目標(biāo)距離引 起的回波脈沖與發(fā)射脈沖重疊而無法分辨，即無論使用何種體制，這一距離盲區(qū)都是不可 避免的。一般而言，這一盲區(qū)在5米之內(nèi)。車輛行駛環(huán)境中，毫米波汽車防撞雷達(dá)盲區(qū)內(nèi)出現(xiàn)目標(biāo)是可能的。一個(gè)典型的例 子是車輛正常行駛時(shí)從道路一側(cè)突然串出的行人和非機(jī)動(dòng)車輛，這對(duì)于安全行車有著巨大 的威脅。另一典型的例子是市區(qū)擁擠道路跟車時(shí)本車與前方的車距確認(rèn)，現(xiàn)在多數(shù)情況下 是憑借駕駛者車感，而因此造成的不小心追尾時(shí)有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服毫米波汽車防撞雷達(dá)存在的盲區(qū)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種超聲 波與毫米波聯(lián)合測量的無盲區(qū)汽車防撞雷達(dá)裝置，在毫米波雷達(dá)的盲區(qū)使用超聲波測距電 路進(jìn)行測量，信號(hào)處理電路對(duì)超聲波測距電路的信息和毫米波雷達(dá)的信息進(jìn)行聯(lián)合處理。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明包括超聲波測距電路，毫米波前端電路，三角波發(fā)生電路，中頻放大電路， 信號(hào)處理電路，顯示報(bào)警電路，無線通信電路和電源模塊；超聲波測距電路的輸出接信號(hào)處 理電路，信號(hào)處理電路的一路輸出接三角波發(fā)生電路，三角波發(fā)生電路的輸出接毫米波前 端電路的輸入端，毫米波前端電路輸出接中頻放大電路的輸入端，中頻放大電路的輸出接 信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路的另一路輸出接顯示報(bào)警電路和無線通信電路，電源模塊給 裝置供電。所述超聲波測距電路使用壓電式超聲波發(fā)生器和接收器，測量汽車前方10米以 內(nèi)的障礙物的距離，并將距離信息送入信號(hào)處理電路。所述的中頻放大電路包括由低噪聲放大器和高通濾波器組成的線性網(wǎng)絡(luò)，包括 由第一級(jí)增益可調(diào)放大器、第二級(jí)增益可調(diào)放大器和增益控制電路組成自動(dòng)增益控制放大 電路；把毫米波前端電路的輸出信號(hào)輸入線性網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)過自動(dòng)增益控制放大電路進(jìn)行放大，以獲得幅度穩(wěn)定的中頻信號(hào)輸出到信號(hào)處理電路。所述的信號(hào)處理電路以Xi 1 inx公司的Virtex-II Pro系列高性能FPGA芯片 XC2VP70為核心，分別與外圍電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，串行通信電路，10M/100M以太網(wǎng)通信電 路，存儲(chǔ)電路，SystemACE配置電路，JTAG接口電路連接。所述無線通信電路使用433MHz ISM頻段芯片nRF401配合外圍電路構(gòu)成，最高工 作速率20kbps，最高發(fā)射功率IOdBm,用于與汽車制動(dòng)裝置進(jìn)行無線互聯(lián)。所述的電源模塊為單一正電壓輸入，輸入范圍為IOV至18V寬電壓，可以使用汽車 電平供電，輸出提供 +15V, -15V, +12V, -12V, +8V, +5V, +3. 3V, +2. 5V, +1. 8V, +1. 2V 的不同 等級(jí)的電壓。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是本發(fā)明對(duì)車輛前方障礙物目標(biāo)進(jìn)行測距測速主要使用毫米波前端電路通過線性 調(diào)頻的方式實(shí)現(xiàn)，在毫米波前端電路的測量盲區(qū)，使用超聲波測距電路進(jìn)行測量。使用超聲 波測距電路測量毫米波前端電路所不能測量的目標(biāo)盲區(qū)，進(jìn)而可以提高車輛整體的安全性 能。使用無線通信電路實(shí)現(xiàn)雷達(dá)測距信息與汽車制動(dòng)裝置的無線互聯(lián)，可以降低系統(tǒng)的復(fù) 雜度。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖。圖2是圖1的中頻放大電路原理框圖。圖3是圖1的信號(hào)處理電路原理框圖。圖中，1、超聲波測距電路，2、毫米波前端電路，3、三角波發(fā)生電路，4、中頻放大電 路，5、信號(hào)處理電路，6、顯示報(bào)警電路，7、無線通信電路，8、電源模塊，41、中頻輸入，42、線 性網(wǎng)絡(luò)，421、低噪聲放大器，422、高通濾波器，43、自動(dòng)增益控制放大電路，431、第一級(jí)增益 可調(diào)放大器，432、第二級(jí)增益可調(diào)放大器，433、增益控制電路，44、中頻輸出，51、模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路，52、存儲(chǔ)電路，53、JTAG接口電路，54、SystemACE配置電路，55、以太網(wǎng)通信電路，56、 串口通信電路，57、FPGA電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明包括超聲波測距電路1，毫米波前端電路2，三角波發(fā)生電路3， 中頻放大電路4，信號(hào)處理電路5，顯示報(bào)警電路6，無線通信電路7和電源模塊8 ；超聲波測 距電路1的輸出接信號(hào)處理電路5，信號(hào)處理電路5的一路輸出接三角波發(fā)生電路3，三角 波發(fā)生電路3的輸出接毫米波前端電路2的輸入端，毫米波前端電路2輸出接中頻放大電 路4的輸入端，中頻放大電路4的輸出接信號(hào)處理電路5，信號(hào)處理電路5的另一路輸出接 顯示報(bào)警電路6和無線通信電路7，電源模塊8給裝置供電。在使用毫米波前端電路2通過線性調(diào)頻方式進(jìn)行測距測速時(shí)，信號(hào)處理電路5首 先輸出控制信號(hào)給三角波發(fā)生電路3，控制三角波發(fā)生電路3的波形，用作毫米波前端電路 2的調(diào)頻信號(hào)，毫米波前端電路2的輸出信號(hào)包含了目標(biāo)的距離和速度信息，信號(hào)處理電路 5對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理，可以獲得非盲區(qū)的目標(biāo)距離和速度。在盲區(qū)中的目標(biāo)，使用超聲波測距電路1進(jìn)行測量，測量后獲取的目標(biāo)距離信息送入信號(hào)處理電路5。信號(hào)處理電路5綜合 毫米波前端電路2得到的信息和超聲波測距電路1得到的信息，存在危險(xiǎn)情況時(shí)通過顯示 報(bào)警電路6進(jìn)行報(bào)警提示，并通過無線通信電路7將目標(biāo)情況傳輸給制動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)車輛前方障礙物目標(biāo)進(jìn)行測距測速主要使用毫米波前端電路通過線性調(diào)頻的 方式實(shí)現(xiàn)，在毫米波前端電路的測量盲區(qū)，使用超聲波測距電路進(jìn)行測量。圖1中的毫米波前端電路2可以使用成型的毫米波前端電路模塊，如德國 Innosent公司的K波段前端電路IVS系列，也可以使用毫米波VC0、耦合器、混頻器、天線 自行設(shè)計(jì)，如VCO可以采用Quinstar公司的QTV-0G170V(中心頻率60GHz，輸出功率大于 85mff,帶寬900MHz)，耦合器采用上海亞聯(lián)微波有限公司的IOdB定向耦合器DCG-15-10C，混 頻器采用Quinstar公司的QMB-0G0GMB (射頻頻率范圍58_62GHz，中心頻率60GHz，中頻輸 出范圍0-5GHz，典型混頻損耗小于6dB)，天線使用上海亞聯(lián)微波的喇叭口天線。圖1中的超聲波測距電路1可以使用成型的超聲波測距模塊(如中鳴數(shù)碼科技有 限公司的超聲測距模塊V0. 9)，也可以使用超聲波傳感器配合單片機(jī)自行設(shè)計(jì)電路，設(shè)計(jì)時(shí) 預(yù)留與信號(hào)處理電路的接口。圖1中三角波發(fā)生器3由信號(hào)處理電路5進(jìn)行控制，信號(hào)處理電路5根據(jù)需要輸 出數(shù)字信號(hào)控制Analog的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD5445輸出模擬信號(hào)獲得所需的三角波。使用信 號(hào)處理電路5配合數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生三角波，可以使得三角波的產(chǎn)生可以對(duì)毫米波前端電 路的非線性進(jìn)行校正，提高系統(tǒng)線性度和雷達(dá)整機(jī)性能。圖1中的中頻放大電路4的結(jié)構(gòu)如圖2所示，中頻放大電路4由線性網(wǎng)絡(luò)42和自 動(dòng)增益控制放大電路43兩部分組成，首先把毫米波前端電路2的輸出信號(hào)輸入線性網(wǎng)絡(luò) 42，再經(jīng)過自動(dòng)增益控制放大電路43進(jìn)行放大，以獲得幅度穩(wěn)定的中頻信號(hào)。線性網(wǎng)絡(luò)42 包含低噪聲放大器421和高通濾波器422，其中低噪聲放大器采用Analog公司的AD795配 合外圍電路構(gòu)建，低噪聲放大器可以獲得固定的20dB的增益；高通濾波器使用電容、電感 設(shè)計(jì)的9階橢圓濾波器構(gòu)建，通帶可以根據(jù)需求自行設(shè)計(jì)濾波器參數(shù)獲得。自動(dòng)增益控制 放大電路43包含第一級(jí)增益可調(diào)放大器431、第二級(jí)增益可調(diào)放大器432和增益控制電路 433，兩級(jí)增益可調(diào)電路采用兩塊Analog公司的增益可調(diào)放大器芯片AD8369配合外圍電路 構(gòu)建，每級(jí)具有獨(dú)立可控的45dB增益，增益控制電路433由信號(hào)處理電路根據(jù)獲得的信號(hào) 強(qiáng)度進(jìn)行反饋控制。圖1中信號(hào)處理電路5結(jié)構(gòu)如圖3所示。首先中頻輸出44經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路51 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由FPGA電路57進(jìn)行對(duì)探測目標(biāo)的距離和速度計(jì)算，判斷是 否可能存在碰撞危險(xiǎn)，由顯示報(bào)警電路6進(jìn)行相應(yīng)的聲光顯示和報(bào)警，并通過無線通信電 路將目標(biāo)信息發(fā)送至制動(dòng)系統(tǒng)。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路51可以選用Analog公司的AD9220配合外 圍電路構(gòu)建。JTAG接口電路53用于下載和在線調(diào)試，SystemACE配置電路54用來對(duì)FPGA 進(jìn)行靈活、高效的配置，以太網(wǎng)通信電路55提供系統(tǒng)與外部PC機(jī)之間的以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù) 傳輸，串口通信電路56用于系統(tǒng)和外部PC機(jī)的串行通信，存儲(chǔ)電路52使用兩塊Cypress Semiconductor的CY7C1370D芯片，提供36Mbit的SRAM，用于存放各種數(shù)據(jù)。圖1中的無線通信電路7可以使用433MHz ISM頻段芯片nRF401配合外圍電路構(gòu) 成，最高工作速率20kbps，最高發(fā)射功率IOdBm,可用于與汽車制動(dòng)裝置進(jìn)行無線互聯(lián)。圖1中的電源模塊8提供各種芯片所需的+15￥，-15￥，+12￥，-12￥，+8￥，+5￥，+3. 3V,+2. 5V, +1. 8V, +1. 2V 不同電壓。
權(quán)利要求
一種超聲波與毫米波聯(lián)合測量的無盲區(qū)汽車防撞雷達(dá)裝置，其特征在于包括超聲波測距電路(1)，毫米波前端電路(2)，三角波發(fā)生電路(3)，中頻放大電路(4)，信號(hào)處理電路(5)，顯示報(bào)警電路(6)，無線通信電路(7)和電源模塊(8)；超聲波測距電路(1)的輸出接信號(hào)處理電路(5)，信號(hào)處理電路(5)的一路輸出接三角波發(fā)生電路(3)，三角波發(fā)生電路(3)的輸出接毫米波前端電路(2)的輸入端，毫米波前端電路(2)輸出接中頻放大電路(4)的輸入端，中頻放大電路(4)的輸出接信號(hào)處理電路(5)，信號(hào)處理電路(5)的另一路輸出接顯示報(bào)警電路(6)和無線通信電路(7)，電源模塊(8)給裝置供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1一種超聲波與毫米波聯(lián)合測量的無盲區(qū)汽車防撞雷達(dá)裝置，其特征 在于所述超聲波測距電路(1)使用壓電式超聲波發(fā)生器和接收器，測量汽車前方10米以 內(nèi)的障礙物的距離，并將距離信息送入信號(hào)處理電路(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1一種超聲波與毫米波聯(lián)合測量的無盲區(qū)汽車防撞雷達(dá)裝置，其特征 在于所述的中頻放大電路⑷包括由低噪聲放大器(421)和高通濾波器(422)組成的線 性網(wǎng)絡(luò)(42)，包括由第一級(jí)增益可調(diào)放大器(431)、第二級(jí)增益可調(diào)放大器(432)和增益控 制電路(433)組成自動(dòng)增益控制放大電路(43)；把毫米波前端電路(2)的輸出信號(hào)輸入線 性網(wǎng)絡(luò)(42)，再經(jīng)過自動(dòng)增益控制放大電路(43)進(jìn)行放大，以獲得幅度穩(wěn)定的中頻信號(hào)輸 出到信號(hào)處理電路(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1一種超聲波與毫米波聯(lián)合測量的無盲區(qū)汽車防撞雷達(dá)裝置，其特 征在于所述的信號(hào)處理電路(5)以Xilinx公司的Virtex-II Pro系列高性能FPGA芯片 XC2VP70(57)為核心，分別與外圍電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(51)，串行通信電路(56)，10M/100M 以太網(wǎng)通信電路(55)，存儲(chǔ)電路(52) ,SystemACE配置電路(54)，JTAG接口電路(53)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1一種超聲波與毫米波聯(lián)合測量的無盲區(qū)汽車防撞雷達(dá)裝置，其特征 在于所述無線通信電路(7)使用433MHz ISM頻段芯片nRF401配合外圍電路構(gòu)成，最高工 作速率20kbps，最高發(fā)射功率IOdBm,用于與汽車制動(dòng)裝置進(jìn)行無線互聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1一種超聲波與毫米波聯(lián)合測量的無盲區(qū)汽車防撞雷達(dá)裝置，其特征 在于所述的電源模塊⑶為單一正電壓輸入，輸入范圍為IOV至18V寬電壓，可以使用汽 車電平供電，輸出提供 +15V, -15V, +12V, -12V, +8V, +5V, +3. 3V, +2. 5V, +1. 8V, +1. 2V 的不 同等級(jí)的電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲波與毫米波聯(lián)合測量的無盲區(qū)汽車防撞雷達(dá)裝置。包括超聲波測距電路，毫米波前端電路，三角波發(fā)生電路，中頻放大電路，信號(hào)處理電路，顯示報(bào)警電路，無線通信電路和電源模塊。超聲波測距電路的輸出接信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路一路輸出接三角波發(fā)生電路，三角波發(fā)生電路的輸出接毫米波前端電路的輸入端，毫米波前端電路輸出接中頻放大電路的輸入端，中頻放大電路的輸出接信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路的輸出接顯示報(bào)警電路和無線通信電路，電源模塊給裝置供電。本發(fā)明通過綜合使用超聲波和毫米波測距方法測量汽車前向障礙物信息，可以解決一般毫米波雷達(dá)中存在的近距離目標(biāo)盲區(qū)問題，可以進(jìn)一步提高車輛駕駛的安全性。
文檔編號(hào)G01S7/02GK101950021SQ20101026523
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者史治國, 吳義中, 陳抗生, 陳積明, 鮑迎 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)